(57)【要約】【課題】工場の操業中にもフレアスタックの着火異常を検知することで、有害ガスの大気放散という大事故を迅速かつ確実に防ぐことができるとともに、操業が停止してしまうような大故障を未然に防ぐための修理計画が立てやすくなる。【解決手段】エキサイター１の二次側電流の測定は、エキサイター二次側リード線にシャント抵抗４を挿入し測定を行っている。また、エキサイター二次側に巻付けたコイル５に取付けたネオン管６で、発光・点滅を観測できるようにしている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流直流変換器、給電ケーブルおよび点火プラグを有するフレアスタックの着火装置において、前記点火プラグに高電圧を印加した際に生ずる前記交流直流変換器の二次側電流の収束時間を計測し、計測した収束時間に基づいて前記着火装置の異常を検知することを特徴とするフレアスタック着火異常検知方法。
【請求項２】
請求項１記載のフレアスタック着火異常検知方法において、前記計測した収束時間が予め計測した正常状態での収束時間より長くなった場合に、着火異常と判断することを特徴とするフレアスタック着火異常検知方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のフレアスタック着火異常検知方法において、前記計測した収束時間を予め計測した正常状態での収束時間により正規化をおこない、該正規化した収束時間が予め設定した閾値以上になった場合に、着火異常と判断することを特徴とするフレアスタック着火異常検知方法。
【請求項４】
請求項３に記載のフレアスタック着火異常検知方法において、前記予め設定した閾値を１．１とすることを特徴とするフレアスタック着火異常検知方法。
【請求項５】
交流直流変換器、給電ケーブルおよび点火プラグを有するフレアスタックの着火装置において、前記交流直流変換器の二次側リード線にコイルを巻き付け、該コイルの一端にネオン管を接続し、前記点火プラグに高電圧を印加した際に生ずる該ネオン管の発光状態に基づいて前記着火装置の異常を検知することを特徴とするフレアスタック着火異常検知方法。
【請求項６】
請求項５記載のフレアスタックの着火異常検知方法において、前記ネオン管の発光状態が非周期的に強発光するようになった場合に、着火異常と判断することを特徴とするフレアスタック着火異常検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレアスタック着火装置における着火異常検知方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化学工場や製鉄工場のプラントから発生するガスは、可燃性で、毒性もあるため、そのまま煙突から放出すると大気を汚染し、人体にも 悪影響を与えてしまうので、煙突の先で燃やしてある程度無害化している。いわゆる、「フレアスタック」と呼ばれる方法である。
【０００３】
製鉄工場の転炉では、吹錬が盛んに行なわれている期間（吹錬中期と呼ぶ）に発生するガスは、一酸化炭素ガスの濃度が非常に高く、工場内の熱源として有効利用できるため回収されている。しかし、吹錬の初期と末期に発生するガスは、工場内の熱源として有効利用できるほどに一酸化炭素ガスの濃度が高くないため、空気中の酸素と混合し燃焼させることで人体に無害な二酸化炭素に変換し、煙突から大気中に放散している。これに使われるのが、転炉のOG（Oxygen converter Gas recovery process）設備である。
【０００４】
煙突先端に設置された点火プラグでスパークを発生させ、このスパークにより一酸化炭素と空気中の酸素の混合気体へ着火を行っている。しかし、スパークが生じないなどフレアスタックが故障し、一酸化炭素を二酸化炭素に変換できない場合、高濃度の一酸化炭素が空気中に放散されるため、人体にとって非常に危険な状態に陥ってしまう。また、複数の煙突を集めた集合煙突においては、ひとつの煙突が点火プラグ動作異常等によって故障しても、他の煙突が正常な場合は、その煙突から高濃度の一酸化炭素が放散されている可能性があるため、操業中に煙突上部に登り点検修理を行うことが不可能であるという制限がある。突発的な故障に対して修理を行うには、操業を停止する必要があり、生産量の低下につながってしまう。
【０００５】
従来の技術としては、特開平１２−１４５６０６号公報（特許文献１）に開示されている自動車等のエンジンのような内燃機関におけるスパーク異常検知技術がある。点火プラグの経年劣化が進むと、点火プラグのスパーク時における電流収束時間が短くなるという現象をとらえたものである。
【特許文献１】特開平１２−１４５６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１で開示された技術は、エンジンという小さな空間を対象にしたものであり、点火プラグの劣化判断に重点が置かれている。これに対して、フレアスタックのような大規模設備では、配線の抵抗やインダクタンスが回路上無視できない。また、屋外設置されていることから、雨や粉塵などによりケーブルなどの劣化があるため、着火異常検知には点火プラグだけでなく、回路全体の異常を検知する必要がある。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、従来からのフレアスタック着火装置の点検修理が、工場の操業中には煙突に登ることができないため、計画的に操業を停止する全停日にしか行われず、かつその点検修理の内容もプラグの交換、絶縁抵抗の測定などのみであり、それらがどの程度劣化しているかを推定することができない点に鑑み、工場の操業中にもフレアスタックの着火異常を検知することで、有害ガスの大気放散という大事故を迅速かつ確実に防ぐことができるとともに、操業が停止してしまうような大故障を未然に防ぐための修理計画が立てやすくすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、交流直流変換器、給電ケーブルおよび点火プラグを有するフレアスタックの着火装置において、前記点火プラグに高電圧を印加した際に生ずる前記交流直流変換器の二次側電流の収束時間を計測し、計測した収束時間に基づいて前記着火装置の異常を検知することを特徴とするフレアスタック着火異常検知方法である。
【０００９】
また本発明は、請求項１記載のフレアスタック着火異常検知方法において、前記計測した収束時間が予め計測した正常状態での収束時間より長くなった場合に、着火異常と判断することを特徴とするフレアスタック着火異常検知方法である。
【００１０】
また本発明は、請求項１または請求項２に記載のフレアスタック着火異常検知方法において、前記計測した収束時間を予め計測した正常状態での収束時間により正規化をおこない、該正規化した収束時間が予め設定した閾値以上になった場合に、着火異常と判断することを特徴とするフレアスタック着火異常検知方法である。
【００１１】
また本発明は、請求項３に記載のフレアスタック着火異常検知方法において、前記予め設定した閾値を１．１とすることを特徴とするフレアスタック着火異常検知方法である。
【００１２】
また本発明は、交流直流変換器、給電ケーブルおよび点火プラグを有するフレアスタックの着火装置において、前記交流直流変換器の二次側リード線にコイルを巻き付け、該コイルの一端にネオン管を接続し、前記点火プラグに高電圧を印加した際に生ずる該ネオン管の発光状態に基づいて前記着火装置の異常を検知することを特徴とするフレアスタック着火異常検知方法である。
【００１３】
さらに本発明は、請求項５記載のフレアスタックの着火異常検知方法において、前記ネオン管の発光状態が非周期的に強発光するようになった場合に、着火異常と判断することを特徴とするフレアスタック着火異常検知方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、工場の操業中にもフレアスタックの着火異常を検知することで、有害ガスの大気放散という大事故を迅速かつ確実に防ぐことができるとともに、操業が停止してしまうような大故障を未然に防ぐための修理計画が立てやすくなる。その結果、突発故障と違って機会損失を大きく削減することが可能であり、操業コストの低減にも繋がるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、着火回路の構成を示した図である。同図において、１はエキサイター、２は給電ケーブル、３は点火プラグ、４はシャント抵抗、５はコイル、6はネオン管、7は放電管を示す。
【００１６】
エキサイター１は、商用交流電圧から直流高電圧を作り出す交流直流変換器である。先ず、交流100Vの入力電圧は、エキサイター１内の変圧器で昇圧される。その後、ダイオードで構成されるブリッジ回路で直流に整流され、コンデンサに電荷として蓄えられる。そして、コンデンサ両端の電圧がエキサイター内の放電管７の破壊電圧よりも高くなると、そこで放電が始まり、シャント抵抗４や煙突上部までの電力を送る給電ケーブル２を経て回路全体に電流が流れ始め、点火プラグ３の先端でスパークが飛ぶ。
【００１７】
エキサイター二次側電流の測定は、エキサイター二次側リード線にシャント抵抗４を挿入し測定を行っている。また、エキサイター二次側に巻付けたコイル５に取付けたネオン管６で、発光・点滅を観測できるようにしている。これは、エキサイター二次側電流に応じてコイル５に生ずる誘導起電力によるものである。
【００１８】
転炉の吹錬中期に発生するガスは、一酸化炭素ガスの濃度が非常に高く、工場内の熱源として回収されてるため、点火プラグにスパークを発生させるのは、吹錬初期と吹錬末期の転炉ガス放散時のみである。
【００１９】
図２は、煙突頭頂部の燃焼ボックスの配置を示す図であり、図２(a)は煙突頭頂部の平面図、図２(ｂ)は図２(a)のA−A'断面図を表わしている。図中２は給電ケーブル、３は点火プラグ、８は燃焼ボックス、９は本体ノズル、１０は外筒ノズル、１１は空気吸引管、１２はガス吸引管をそれぞれ示いている。燃焼ボックス８は、本体ノズル９と外筒ノズル１０の間に、１２０度毎に３つ設置されており、燃焼ガスと空気を混ぜ合わせ混合気体を生成し、初期点火を行う。
【００２０】
それぞれの燃焼ボックス８には図２(ｂ)に示すように、本体ノズル９から燃焼ガスを吸引するためのガス吸引管１２と、燃焼用の空気を送りこむための空気吸引管１１と、点火用のスパークを飛ばす点火プラグ３が接続されている。煙突の高さは約８０ｍで、三本の煙突による集合煙突であり、煙突直径は２，１００ｍｍでガス流量は１７０，０００Ｎｍ３／ｈである。
【００２１】
図５〜図７は、図１で示した回路での放電時における二次側電流波形の計測結果の一例を示す図であり、縦軸は電流値、横軸は時間を表わしている。図５は、新品の点火プラグ(新プラグ)を用いたものであり、図６と図７は、一度使用した点火プラグ(旧プラグ)を用いたものである。また、図５〜図７それぞれにおいて、(a)は点火プラグに至る回路が異常のない正常状態、(c)は点火プラグに至る回路が完全に短絡している状態の完全短絡、(b)は正常状態から完全短絡に至る途中の短絡ぎみ状態の不完全短絡を表わしている。新プラグおよび旧プラグとも、正常状態(a)から不完全短絡(b)さらには完全短絡(c)にいくにしたがって、電流収束時間が長くなる傾向が見てとれる。特許文献１では、経年劣化が進むと、点火プラグのスパーク時における電流収束時間が短くなるとしているが、フレアスタックでは逆に長くなっている。
【００２２】
なお、回路が途中で開放されている状態の完全開放でも二次側電流波形の計測を行ったが、先に示した減衰振動波形ではなく、非周期的なパルス波形が観測される。また、エキサイター二次側に取付けたネオン管６の発光状態の観測においても、完全開放は、発光が強く非周期的に点滅し、他の状態が１〜１．５秒の周期で点滅するのと大きな違いが現れている。回路の完全開放は、ネオン管の発光状態を監視することで容易に検知することが可能である。
【００２３】
表１は、これまでの知見をまとめて示している。スパークの有無、二次側電流の収束時間、ネオン管の発光状態について対比しており、正常状態以外は、点火プラグにスパークが飛ばない異常状態である。二次側電流の収束時間については、正常状態の収束時間で、完全短絡、不完全短絡を正規化しており、その値は、それぞれどのプラグにおいても１．４、１．２という値をとっていることを表わしている。したがって、この正規化した収束時間で、点火プラグの点火異常を検知することができる。例えば、余裕を見て、この正規化した収束時間が１．１以上であれば、点火異常として判断するといったように行う。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
図３は、二次側電流の収束時間による着火異常検知および対処フローの一例を示す。先ず、Ｓｔｅｐ１０１で、エキサイターの放電に伴なう二次側電流変動の周期が一定しているかどうかを判断する。周期が一定していない場合は、回路の完全開放（着火不能）が考えられる。周期が一定している場合は、さらにＳｔｅｐ１０４で、正規化した二次側電流の収束時間が１．１以下かどうかを判断する。ここで、１．１以下の場合は、劣化が進んでいないと判断しＳｔｅｐ１０５の観測継続のステップに進む。
【００２６】
１．１以上の場合は、回路やプラグの劣化が進んでいると考えられる。先に示した完全短絡、不完全短絡といった異常が考えられるとともに、収束時間の大きさによってどの程度の劣化かも分かり、修理・補修の計画が立てやすくなる。なお、ここで示した１．１という正規化した二次側電流の収束時間の閾値は、対象にあわせて適宜決められるものであり、これに限られるものでない。
【００２７】
Ｓｔｅｐ１０１およびＳｔｅｐ１０４で異常が認められた場合は、不良プラグ数を判定するＳｔｅｐ１０２に進む。ここでは、煙突に取り付けられた全プラグの内、いくつのプラグが点火異常状態であるかをみており、廃ガス着火が困難になる不良プラグ数を予め決めておき、判断指標とする。
【００２８】
３本の全プラグの内、２本以上が不良プラグである場合には、直ちにＳｔｅｐ１０３の処理に進み、そうでない場合は、Ｓｔｅｐ１０５の観測継続のステップに進む。ここで例示した不良プラグ数の判断指標は、一例であり、対象にあわせて適宜決められるものである。なお、Ｓｔｅｐ１０２からＳｔｅｐ１０５の観測継続のステップに進む場合においても、不良プラグの数を把握することによって、修理・補修がもう直ぐ必要になるかどうかの判断が可能である。緊急処置であるＳｔｅｐ１０３では、工場の操業を停止（全停）し、点火回路の点検・交換を行う。もし、プラグの交換周期になれば、交換点検を行う。
【００２９】
図４は、ネオン管の発光観察による着火異常検知および対処フローの一例を示す。これは、フレアスタックの着火回路が完全開放した場合の簡易な着火異常検知方法によるものである。先ず、Ｓｔｅｐ２０１で、ネオン管の発光周期が一定しているかどうかを判断する。周期が一定している場合は、異常がないと判断しＳｔｅｐ２０４のネオン管の発光観測継続のステップに戻る。周期が一定していない場合は、回路の完全開放の異常が考えられ、Ｓｔｅｐ２０２に進む。このステップでは、図３に示した二次側電流の収束時間による着火異常検知および対処フローと同様に、煙突に取り付けられた全プラグの内、いくつのプラグが点火異常状態であるかをみており、廃ガス着火が困難になる不良プラグ数を予め決めておき、判断指標としている。
【００３０】
３本の全プラグの内、２本以上に着火異常がある場合には、直ちにＳｔｅｐ２０３の処理に進み、そうでない場合は、Ｓｔｅｐ２０４の観測継続のステップに進む。この場合の不良プラグ数の判断指標も、一例であり、対象にあわせて適宜決められるものである。緊急処置であるＳｔｅｐ２０３では、工場の操業を停止（全停）し、点火回路の点検・交換を行う。もし、プラグの交換周期になれば、交換点検を行う。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】着火回路の構成を示す図である。
【図２】煙突頭頂部の燃焼ボックスの配置を示す図である。
【図３】二次側電流の収束時間による着火異常検知および対処フローの一例を示す図である。
【図４】ネオン管の発光観察による着火異常検知および対処フローの一例を示す図である。
【図５】放電時における二次側電流波形の一例(新プラグ)を示す図である。
【図６】放電時における二次側電流波形の一例(旧プラグ)を示す図である。
【図７】放電時における二次側電流波形の一例(旧プラグ)を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    エキサイター
２    給電ケーブル
３    点火プラグ
４    シャント抵抗
５    コイル
６    ネオン管
７    放電管
８    燃焼ボックス
９    本体ノズル
１０  外筒ノズル
１１  空気吸引管
１２  ガス吸引管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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